CN101650225B - 一种利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置 - Google Patents

一种利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置 Download PDF

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Abstract

利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，包括有二维移动平台，二维移动平台由计算机通过步进电机控制箱来控制，二维移动平台上放置有标准探测器和待定标探测器，还包括有定标光源，定标光源包括积分球和可调谐激光器系统，可调谐激光器的出射光导入积分球，在积分球出光口出射构成定标光源，通过二维移动平台的走位使标准探测器和待定标探测器相继对准积分球出光口中心进行观测，标准探测器定标积分球光源的绝对光谱辐亮度，待定标探测器的响应信号除以积分球光源的绝对光谱辐亮度即是它的绝对光谱辐亮度响应度，本发明可以对波段式辐亮度探测器进行整机定标，定标参数包括绝对光谱辐亮度响应度、响应度的稳定性和线性，有效提高光谱辐亮度响应度的定标精度。

Description

一种利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置
技术领域
本发明涉及遥感科学和光辐射测量领域，具体是一套定标传感器的绝对光谱辐亮度响应度的实验装置。
背景技术
对波段式辐亮度探测器进行精密光谱表征对定标光源有以下要求：(i)高光谱分辨率；(ii)光源面积充满探测器视场；(iii)辐亮度均匀；(iv)具有较高的辐通量水平。对于传统定标光源，包括灯-单色仪系统和内置灯的积分球光源，由于其自身的特征必须降低上述的一种或几种要求。可调谐激光具有以下优点：光谱线宽窄、光谱辐通量高、波长准确性好并且可以在宽波段范围内调谐波长。积分球可以在出光口形成均匀、准朗伯性的面光源，其自身还具有消偏振、退相干的作用。因此外部导入宽可调谐激光的积分球光源完全满足辐亮度探测器高精度表征对定标光源的要求。
传统内置灯积分球光源的光谱辐亮度是通过标准辐照度灯-漫反射板系统传递的。标准灯的绝对辐射量值溯源于黑体(不确定度：0.6-4％)。这种辐射标准传递方法叫做基于标准辐射源法。虽然基于辐射源的定标方法历史悠久、技术成熟，但是精度难以提高，不能满足定量化遥感对高精度辐射定标的需求。以低温辐射计(不确定度：0.05-0.02％)为初级标准、硅陷阱探测器为传递标准的新型辐射定标方法正逐步取代传统的基于辐射源法。外部导入宽可调谐激光的积分球光源的辐亮度由标准探测器定标，其中探测器的光谱功率响应度溯源于初级辐射标准低温辐射计。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，结合基于探测器的传递标准，提高光谱辐亮度响应度的定标精度。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，包括有二维移动平台，二维移动平台的走位由计算机通过步进电机控制箱来控制，所述二维移动平 台上放置有标准探测器和待定标探测器，还包括有定标光源，所述定标光源的出射光可照射入所述二维移动平台上的标准探测器和待定标探测器，所述定标光源包括积分球和可调谐激光器系统，所述可调谐激光器系统的出射光导入积分球，在积分球出光口出射构成定标光源，其特征在于：
所述标准探测器和待定标探测器的响应信号通过数据采集器向计算机传输数据，所述标准探测器定标积分球光源的绝对光谱辐亮度；
所述积分球上安装有直流电机，所述积分球内部设置有漫反射板，所述直流电机与漫反射板连接，带动所述漫反射板旋转；
所述可调谐激光器系统由泵浦激光器和可调谐激光器组成。所述可调谐激光器的出射光经过格兰-泰勒棱镜起偏振后入射至激光功率控制器，再从所述激光功率控制器出射至玻璃平板，所述玻璃平板一侧设置有光阑，光阑另一端设置有波长计，所述激光功率控制器出射光的一小部分被玻璃平板反射，反射光经过光阑，最后入射至所述波长计，另一部分出射光透过玻璃平板入射至全反射镜，并被该全反射镜反射至分束镜，分束镜的透射光从积分球的一个入光口入射至积分球内部的漫反射板上，另一部分反射光被全反射镜反射，该全反射镜的反射光再被另一片全反射镜反射，反射光从积分球的另一个入光口入射至积分球内部的另一漫反射板上，所述积分球内的漫反射板将入射光漫反射至积分球内，入射光经积分球内壁涂层多次漫反射，在积分球的出光口出射形成定标光源。
所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，其特征在于：所述标准探测器由硅陷阱探测器、视场光阑和孔径光阑组成，积分球的入射光经过视场光阑、孔径光阑后入射至所述硅陷阱探测器。
所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，其特征在于：所述漫反射板与积分球内壁涂层的材料相同，均为聚四氟乙烯。
所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，其特征在于：所述积分球上安装有硅光电二极管，以监测和修正积分球光源辐亮度的变化。
本发明包括泵浦激光器、可调谐激光器、格兰-泰勒棱镜、激光功率控制器、波长计、积分球、微型直流电机、玻璃平板、全反射镜和分束镜。格兰-泰勒棱镜把入射激光变成垂直线偏振光以满足激光功率控制器对输入光偏振态的要求。激光功率控制器可以把激光功率稳定在设定值的0.05％/8h以内。玻璃平板的反 射光可直接导入波长计以便定标过程中实时观测可调谐激光的波长。利用三片全反射镜和一片分束镜把玻璃片的透射光束分作两路。积分球上安装两个微型直流电机，电机带动漫反射板旋转，外部激光入射在漫反射板上。标准探测器由硅陷阱探测器(trap)、孔径光阑和视场光阑组成，其中硅陷阱探测器的光谱功率响应度溯源于初级辐射标准低温辐射计，用于定标积分球光源的辐亮度。把标准光谱辐亮度探测器和待定标探测器安装在二维平移台上，通过软件控制使它们相继对准积分球出光口中心进行观测。
本发明结构简单，可以对波段式辐亮度探测器进行整机定标，定标参数包括绝对光谱辐亮度响应度、响应度的稳定性和线性，大大提高了辐亮度响应度的定标精度。
附图说明
图1为本发明系统结构框图。
图2为直流电机带动漫射板旋转的安装结构示意图。
图3为标准探测器定标积分球光源示意图。
具体实施方式
利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，包括有二维移动平台，二维移动平台的走位由计算机通过步进电机控制箱来控制，二维移动平台上放置有标准探测器和待定标探测器，还包括有定标光源，定标光源的出射光可照射入所述二维移动平台上的标准探测器和待定标探测器，定标光源包括积分球和可调谐激光器系统，可调谐激光器的出射光导入积分球，在积分球出光口出射构成定标光源。标准探测器和待定标探测器相继观测积分球出光口中心，它们的响应信号通过数据采集器向计算机传输数据；
积分球上安装有硅光电二极管，以监测和修正定标过程中积分球光源辐亮度的变化。积分球上安装有直流电机，积分球内部设置有漫反射板，漫反射板与积分球内壁涂层的材料相同，均为聚四氟乙烯。直流电机与漫反射板连接，带动漫反射板旋转；
可调谐激光器系统由泵浦激光器和可调谐激光器组成。所述可调谐激光器的出射光经过格兰-泰勒棱镜起偏振后入射至激光功率控制器，再从所述激光功率控制器出射至玻璃平板，所述玻璃平板一侧设置有光阑，光阑另一端设置有波长 计，所述激光功率控制器出射光的一小部分被玻璃平板反射，反射光经过光阑，最后入射至所述波长计，另一部分出射光透过玻璃平板入射至全反射镜，并被该全反射镜反射至分束镜，分束镜的透射光从积分球的一个入光口入射至积分球内部的漫反射板上，另一部分反射光被全反射镜反射，该全反射镜的反射光再被另一片全反射镜反射，反射光从积分球的另一个入光口入射至积分球内部的另一漫反射板上，所述积分球内的漫反射板将入射光漫反射至积分球内，入射光经积分球内壁涂层多次漫反射，在积分球的出光口出射形成定标光源。
标准探测器由硅陷阱探测器、视场光阑和孔径光阑组成，积分球的入射光经过视场光阑、孔径光阑后入射至所述硅陷阱探测器。
本发明涉及的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统，定标光源是外部导入宽可调谐激光的积分球光源。外部激光导入积分球，在出光口形成单色、均匀、准朗伯性的面光源。利用激光功率控制器稳定激光光束的功率。利用波长计实时观测可调谐激光的波长。为了提高积分球出射光的角度均匀性，设计外部激光双光路导入方式。提出球内旋转漫反射板方法去除激光相干性产生的散斑。漫反射板与积分球内壁涂层的材料一样，都是聚四氟乙烯。把微型直流电机安装在积分球上带动漫反射板转动。外部激光入射在旋转漫反射板上。标准探测器由三片反射式硅陷阱探测器(trap)和两个精密光阑组成。trap的光谱辐通量响应度溯源于初级辐射标准低温辐射计。使用万能工具显微镜测量精密光阑的直径。利用游标卡尺测量两光阑之间的距离。根据trap的光谱辐通量响应度和几何参数计算标准探测器的光谱辐亮度响应度。在积分球上安装硅光电二极管作为监视探测器，用于监测和修正定标过程中入射激光功率波动引起的积分球光源辐亮度变化。采用光谱替代法把标准探测器的响应度传递到待定标探测器。本发明采用基于探测器的传递标准，传递标准是指辐射量的绝对测量，从初级辐射标准和标准传递过程两方面保证辐射传递标准为目前的最高精度。

Claims (4)

1.一种利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置，包括有二维移动平台，二维移动平台的走位由计算机通过步进电机控制箱来控制，所述二维移动平台上放置有标准探测器和待定标探测器，还包括有定标光源，所述定标光源的出射光可照射入所述二维移动平台上的标准探测器和待定标探测器，所述定标光源包括积分球和可调谐激光器系统，所述可调谐激光器系统的出射光导入积分球，在积分球出光口出射构成定标光源，其特征在于：
所述标准探测器和待定标探测器的响应信号通过数据采集器向计算机传输数据，所述标准探测器定标积分球光源的绝对光谱辐亮度；
所述积分球上安装有直流电机，所述积分球内部设置有漫反射板，所述直流电机与漫反射板连接，带动所述漫反射板旋转；
所述可调谐激光器系统由泵浦激光器和可调谐激光器组成,所述可调谐激光器的出射光经过格兰-泰勒棱镜起偏振后入射至激光功率控制器，再从所述激光功率控制器出射至玻璃平板，所述玻璃平板一侧设置有光阑，光阑另一端设置有波长计，所述激光功率控制器出射光的一小部分被玻璃平板反射，反射光经过光阑，最后入射至所述波长计，另一部分出射光透过玻璃平板入射至全反射镜，并被该全反射镜反射至分束镜，分束镜的透射光从积分球的一个入光口入射至积分球内部的漫反射板上，另一部分反射光被全反射镜反射，所述全反射镜的反射光再被另一片全反射镜反射，反射光从积分球的另一个入光口入射至积分球内部的另一漫反射板上，所述积分球内的漫反射板将入射光漫反射至积分球内，入射光经积分球内壁涂层多次漫反射，在积分球的出光口出射形成定标光源。
2.根据权利要求1所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置，其特征在于：所述标准探测器包括硅陷阱探测器、视场光阑和孔径光阑，积分球的入射光经过视场光阑、孔径光阑后入射至所述硅陷阱探测器。
3.根据权利要求1所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置，其特征在于：所述漫反射板与积分球内壁涂层的材料相同，均为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的利用宽可调谐激光的绝对光谱辐亮度响应度定标系统的装置，其特征在于：所述积分球上安装有硅光电二极管，以监测和修正定 标过程中积分球光源辐亮度的变化。 
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